中國科大量子輸運、量子等離激元研究獲進展
近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室國際功能材料量子設計中心與中科院強耦合量子材料物理重點實驗室教授曾長淦研究組，在低維量子輸運領域取得系列新進展，發(fā)現電子-等離激元耦合對石墨烯電子輸運過程中的量子相干性有極大的增強效應，并實現氧化物界面二維電子氣自旋軌道耦合的光學調控。研究成果相繼發(fā)表在Physical Review Letters和Nano Letters上。 ik/
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在固體中運動的電子與不同準粒子（聲子、極化子等）之間的多體耦合作用，導致一系列重要的物理效應。例如，電子-聲子相互作用使自旋相反的電子形成庫珀對從而引發(fā)超導。此外，等離激元是大量電子集體相干振蕩形成的準粒子。近年來，等離激元的量子特性陸續(xù)被發(fā)現，以往實驗揭示量子糾纏經歷了從光子到等離激元再到光子的轉化過程后仍得以保持。核心問題是，等離激元是否影響以及如何影響電子的量子輸運特性。研究團隊與臺灣清華大學教授果尚志研究組、中國科大教授張振宇研究組等合作，對這一問題進行了深入探索。 $ 57Q
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研究團隊制備了石墨烯與納米金顆粒陣列的復合體系，以激光輻照來激發(fā)金顆粒的局域等離激元，再通過金顆粒與石墨烯之間的近場耦合激發(fā)石墨烯的等離激元。隨后以弱局域化量子輸運作為有效探針，發(fā)現激發(fā)等離激元能夠極大增強石墨烯電子的量子相干性，其量子相干長度甚至可增加到原來的3倍。微觀唯象理論分析表明，電子-等離激元耦合能夠有效抑制破壞量子相干的非彈性散射，如圖1所示。這種電子-等離激元耦合對量子相干性的增益，為探索準粒子間相互作用從而實現非平庸量子效應和設計量子器件開辟了新視野。研究成果發(fā)表在《物理評論快報》上。 z#PaQp5F
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過渡金屬氧化物異質界面由于電荷、自旋、軌道和晶格等多自由度之間的復雜耦合展現出豐富的物理現象，例如磁性、超導、磁性和超導共存、以及Rashba自旋軌道耦合。自旋電子學以電子自旋作為信息載體，而Rashba自旋軌道耦合可以有效操控電子自旋，從而在自旋電子學中扮演重要角色。以往對界面二維電子氣Rashba自旋軌道耦合都是通過柵電壓來調控。 (BxmV1
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曾長淦研究組和中科院上海技術物理研究所研究員俞國林課題組合作，通過可見光和紅外光輻照來調節(jié)費米面位置，進而有效調控基于SrTiO3界面（LaAlO3/SrTiO3和LaVO3/SrTiO3）二維電子氣的自旋軌道耦合強度。這種光場調控具有非接觸、非易失和可擦除等優(yōu)點。通過光調控實現了界面量子輸運從弱局域化到弱反局域化的轉變，即從電子的量子相長干涉到量子相消干涉的轉變，如圖2所示。這一研究為設計光控自旋器件以及探索光誘發(fā)非平庸量子態(tài)提供了新思路。研究結果發(fā)表在《納米快報》上。 Pp8G2|bz
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研究工作得到了國家自然科學基金委、科技部、教育部、安徽省自然科學基金委以及量子信息與量子科技前沿協同創(chuàng)新中心的資助。 ^M q@} 0
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圖1.電子-等離激元耦合增強電子的量子相干性的原理示意圖 !1i-"rR
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圖2.光輻照調控LaAlO3/SrTiO3界面弱局域化到弱反局域轉變的原理示意圖 T* 0;3&sA
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